JPS6070995A - モ−タ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 のサイリスタ制御チョッパ装置に係わる。

軌道車の推進モータに供給される電流を制御するための
チョッパ装置にサイリスタ・スイッチ装置を使用するこ
とは既に公知である。キャパシタ内にエネルギーを蓄積
することによって過渡エネルギー電圧を抑制するため、
車両推進モータのチョッパ制御装置給電線に電解キャパ
シタを結合することも公知技術に属する。

チョッパ装置のＯＮ及びＯＦＦ動作により車両推進モー
タのチョッパ制御装置のフィルターキャパシタに生ずる
リップル電圧または電圧変化が軌道信号と干渉するほど
過大であってはならないことは周知の通りである。

軌道推進モータ制御系のフィルタ・キャパシタは、数列
のヒユーズ保護直列多重キャパシタとして構成した英国
特許第２，０３６，４６７号に開示されているような複
数のキャパシタを含むのが普通である。ｌまたは２以上
のキャパシタ列のヒユーズが開路し、その結果、軌道信
号回路動作を制御中の隣接車両にとって障害となるリッ
プル電圧が発生するのを防止すべくモータ電流を低下さ
せるようにチョッパを制御しなければならない事態を感
知するため、各キャパシタ列の電圧を感知するヒユーズ
・カウンタ装置を設けることは既に公知である。

従来、車両速度の制御は英国特許第１，１９９．３５３
号に開示されているように車両軌道を分割するそれぞれ
の信号ブロックに供給される速度指令を介して決定され
た。

本発明の主要目的は、リップル電圧変動を検知してこれ
を許容限界にまで修正するモータ制御装置を提供するこ
とにある。

この目的に鑑み、本発明は、モータ・エフオート警リク
エスト信号に応じてモータ電を 流を制御するチョッパに直列のモータ揚付勢するため、
フィルタ・キャパシタを挟んで接続された電源回路と協
働するモータのためのモータ制御装置において、フィル
タ・キャパシタにかかる電圧を測定する第１の手段と、
モータ電流を測定する手段と、前記第１の電圧測定手段
に接続されたフィルタ・キャパシ１： りＹＩＪ）かる電圧変化を測定する手段と、前記モータ
電流との関連においてフィルターキャパシタにかかる許
容電圧変化をめる手段と、許容電圧変化に応答してチョ
ッパ動作を制御する手段とから成ることを特徴とするモ
ータ制御装置を提供する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。

要約すれば、本発明はチョッパ推進モータ制御フィルタ
・キャパシタ列の実測リップル電圧を実測モータ電流に
応じて決定される詐るかどうかを検知するモータ制御装
置を開示するものである。マイクロプロセッサがチョッ
パを制御して、フィルタ０キヤパシタの実リップル電圧
の比較量によって決定されるレベルで動作させる。

第１図には、２本の軌道レール１０．１２と協働する信
号システムを略示した。車両１４は軌道に沿って移動す
る。周波数Ｆｌで動作する信号送信機１６がアンテナ１
８に給電し、その結果、レール１Ｏ１１２内に周波数Ｆ
ｌの信号が発生する。車両１４が第１因に示す位置に来
ると、信号受信機２２がアンテナ２０と協働して周波数
Ｆｌの軌道信号を受信する。車両１４がアンテナ１８の
位置とアンテナ２０の位置との間に位置しなければ、受
信機２２は高振幅の信号Ｆｌを受信する。

受信アンテナ２０はその位置でレール１Ｏ１１２間に電
気的に接続された短絡バーまたは短絡導体２４に結合さ
れている。アンテナ１８の位置でもレール１Ｏ１１２間
に同様の短絡バーまたは短絡導体２６が電気的に接続さ
れている。アンテナ１８は周波数Ｆ１の自局信号をレー
ル１０．１２に導入する。受信アンテナ２０はレール１
０．１２間の短絡導体２４を流れる周波数Ｆｌの軌道信
号を感知する。車両１４が短絡導体２４の位置を通過す
る方向に移動すると、即ち、車両１４の前輪２７が短絡
導体２４の位置を通過すると、前輪２７がレール１０．
１２間を短絡し、その結果、周波数Ｆ１の軌道信号のご
く一部が導体２４を流れ、この時受信アンテナははるか
に低い値の周波数Ｆ１軌道信号を感知して受信機２２に
対し、車両１４が送信アンテナ１８の位置と受信アンテ
ナ２０の位置の間にあることを指示する。車両１４が短
絡導体２４の位置と短絡導体２６の位置の間に来ると、
周波数Ｆｌの軌道信号が車両１４へ速度指令を供給すべ
くコード化する。

第２図には、第３のレール３２のような給電回路から高
波電力の供給を受ける高速鉄道システムの車両１４を示
した。この車両は推進モータ及びモータ電流制御装置３
４を含む。

第３図には、運転モードに接続されている公知の推進モ
ータ電流制御チョッパ装置４０を示した。チョッパ４０
は車両１４の２つの推進モータ４２．４４に電流を供給
する。すうにＯＦＦパルスを提供してターンオフ・サイ
リスタＴ２を導通させる。転流キャパシタＣＣはもしフ
リー〇ホイール・ダイオードＦＷＤがなければ平滑化リ
アクトルＬ２との組み合わせで線間電圧の２倍に充電さ
れるであろう。転流キャパシタＣＣの電圧が線間電圧レ
ベルに達すると、キャパシタＣＣ及びサイリスタＴ２を
波れる電流がゼロとなり、サイリスタＴ２が遮断状態に
なる。ここで点弧制御回路４８からＯＮパルスが供給さ
れ、これがサイリスタＴ１及び反転ループ・サイリスタ
Ｔ３を導通させる。従って、モータは給電電圧に直接接
続されモータ電流が増大する。

また、キャパシタＣＣの電圧は電流がサイリスタＴ３、
反転ループ・リアクトルＬ３及びサイリスタＴＩを流れ
るのに伴なって減衰し始める。この電流がゼロに達し、
キャパシタＣＣの電圧が完全に反転すると、サイリスタ
Ｔ３が遮断される。この時点で電流は負荷だけを流れ、
回路は遮断できる状態となる。遮断は点弧制御回路４８
がサイリスタＴ２を導通させることによって達成される
。この時点で負荷電流はサイリスタＴ２及びキャパシタ
ＣＣを流れる。リアクトルＬ２の作用による短い遅延後
、サイリスタＴＩが遮断され、ダイオードＤ４が導通し
てキャパシタＣＣの充電速度を早める。リアクトルＬ４
はダイオードＤ４中の電流上昇を制限し、ダイオードＤ
４はキャパシタＣＣが線間電圧まで充電される前に導通
を停止する。キャパシタＣＣが線間電圧まで充電される
と、フリー・ホイール・ダイオードＦＷＤが電流を流し
、サイリス贈押 りＴ２が和年番されて回路を次のＯＮパルスを得て次の
サイクルを開始できる準備状態にする。第３のレール５
０からの電流はラインヒユーズ５２及びライン・フィル
タ・リアクトル５４を通ってチせツバ装置２２に流れる
。ライン・フィルタ番キャパシタ５６はチョッパ装置２
２と並列接続されている。

第４図には、例えば６００Ｖ直流用第３レ一ル給電回路
３２の典型的な従来型ライン・フィルタ会キャパシタの
構成５６を示した。各列には必要個数のキャパシタ、例
えば３個の直列接続した定格３００ｖのキャパシタ６４
．６６．６８を設けることによって各列を９００ｖ定格
のキャパシタ列とすることができる。図示の構成ではモ
ータ装置４３がライン・フィルタ・キャパシタ５６と並
列接続され、モータ装置４３を流れる電流を制御するチ
ョッパ４０が接続されている。

第５図に示すように、チョッパ制御式軌道車推進モータ
系はチョッパ４０のオン／オフ０ 動作に起因する電圧変化を平滑化するために一連の入力
フィルタ・キャパシタ５６を利用する。フィルタ・キャ
パシタ群５６の実効キャパシタンスが低下すると、チョ
ッパ４０がＯＦＦからＯＮへ、更に再びＯＦＦに移行す
るにつれてチョッパ４０により給電回路３２に過度の負
荷変化が発生するおそれがある。フィルタ・キャパシタ
群６のキャパシタンスが低下すると電圧リップルが増大
し、これが例えば軌道信号指令システムのような他のシ
ステムと干渉する過度のＥＭＩ発生につながるおそれが
ある。キャパシタ列７２．７４・・・はそれぞれヒユー
ズ７６．７８、・・・を介して最後のヒユーズ８０と接
続する。開路状態にあって電流を通さないのヒユーズの
数が増えるごとにフィルタ・キャパシタ５６の実効キャ
パシタンスが低下する。第５図に示すリップル電圧制御
装置は開路状態にあるヒユーズの個数に応答する。演算
増幅器８４の出力電圧が個々のキャパシタ列電圧の和に
比例するように、演算増幅器８４の、例えば列７２なら
入力抵抗器８２とういうようにそれぞれ別々の入力抵抗
器に各キャパシタ列の電圧を供給する。なんらかの理由
で、例えば軌道システムなどの故障でヒユーズ７６．７
８・・・が開路すると、この出力電圧８６が低下圧８６
がこの基準電圧９０以下になると推進モータ制御回路９
２がチョッパ４０の動作を低下させる。推進モータ制御
回路９２は英国特許第１．５８７．４６２号に開示され
ているようにプログラムされたマイクロプロセッサを含
むことがたでき、必要ならば累算出力パラメータＲＥを
低下させることによってチョッパ４０の動作を低下させ
る。

第６図には、第３レール給電回路３２から給電されるラ
イン・フィルタ・キャパシタ群５６を含む本発明のリッ
プル電圧制御装置を示した。電圧センサ１００がキャパ
シタ群にかかるＡＣ部分、例えば７００Ｖから８００Ｖ
への電圧変化を感知し、この電圧変化をリップル電圧セ
ンサ１０２に供給して例えばｏ−ｔｏｏｖのリップルの
ような電圧変化に比例する出力をマイクロプロセ、ツサ
１０４へ供給する。電流センサ１０Ｂはモータ４３の電
流を感知し、これをマイクロプロセッサ１０４に供給す
る。マイクロプロセッサは、現時点のモータ電流におけ
る許容リップル電圧が所定の最大電流における既知の許
容リップル電圧に現時点における実モータ電流を乗じ、
これを所定最大電流で除算したものに等しいという関係
、即ち。

３ ２ に従って許容リップル電圧をめるプログラムを含む。マ
イクロプロセッサ１０４は、感知されたフィルタ・キャ
パシタ群５６にかかるリップル電圧が許容リップル電圧
を超過しているに関連してモータ電流を低下させるよう
にチミッパ４０の動作を制御する。必要ならばアラーム
１０Ｂを付勢することにより、フィルタ・キャパシタ列
リップル電圧が所期の許容リップル電圧以上であること
を車両オペレータに指示することができる。

第７図には、第６図に示すマイクロプロセッサ１０４と
協働する制御プログラムＶＲＰＬを図解するフロー・チ
ャートを示した。

ブロック１１０において、センサ１００によりフィルタ
ーキャパシタ群５６のり一２プル電圧が測定される。ブ
ロック１１２において、センサ１０６によりモータ４３
の電流が測定される。ブロック１１４において、上記式
（１）に従って許容リップル電圧の決定が行４ なわれる、ブロック１１６において、測定リップル電圧
値が許容リップル電圧よりも大きいかどうかがチェック
される。もし許容リルブ電圧よりも大きくなければ、プ
ログラムが出発点に戻り、再びブロック１１０における
リップル電圧の測定を行なう。もし許容リップル電圧よ
りも大きければ、ブロック１１８において、許容リップ
７１＜電圧と比較した測定リップル電圧値の大きさに応
じてチョッパ４０をオフにするかまたはその動作を弱め
る。第７図に示すプログラムは図示の段階を連続的に実
行し、または必要に応じて、上記英国特許第１，５８７
，４６２号に示す推進モータ４３の一般的な動作を制御
するメイン・プログラムによって呼び出すことができ、
この場合、第７図に示すプログラムをサイクルごとに呼
び出すことにより、１定リツプル電圧値が許容最大値、
例えば公知のウェスチンダハウス１４６２型推進モータ
の場合なら最大電流１５００Ａにおける６８Ｖ以上であ
５ るかどうかをチェックする。

第７図に示すプログラムはモータ電流量に依存する許容
リップル電圧と比較した測定リップル電圧値に応じてチ
ョッパ４０の動作を制御する。このように構成すれば比
較的低いモータ電流において、かつリップル電圧が車両
信号干渉問題を発生させるほど大きくなる前に故障キャ
パシタ列及びフィルターキャパシタ５６の劣化キャパシ
タンスを検知することができる。許容リップル電圧をめ
る式は現時点モータ電流と既知の最大モータ電流との間
の比例関係を提供するから、比較的低い現時点モータ電
流が比較的低い値、例えば１００Ａであっても過剰リッ
プル電圧を検知することができる。このモータ制御装置
はフィルタ・キャパシタの故障検知と同時に、許容限度
を超えたリップル電圧を伴なう最大モータ電流に達する
前にチゴッパ動作をｆｔＪＩ限することを可使にする。

既知の、かつ第６図に示す特定のモータ４３に好適な最
大モータ電流において、許容最大リップル電圧をめ、次
いで現時点のモータ電流に従い上記式（１）を利用して
フィルタ群５６に必要なフィルタ・キャパシタンス量を
める。現時点リップル電圧がこの許容値よりも大きけれ
ば、フィルターキャパシタ５６の実効キャパシタンスの
一部が１または２以上のヒユーズの開路に起因するキャ
パシタの劣化または損失で失われていることを示唆し、
現時点における許容リップル電圧は現時点モータ電流に
比例するからチョッパ４０が動作を停止するかまたはそ
の動作を弱める結果となり、上記式（１）を利用するこ
とにより、現時点モータ電流に対応する許容リップル電
圧がめられる。

第７図に示す制御プログラムはフィルタ・キャパシタ群
５６の実リップル電圧増大の原因となるヒユーズ開路状
態だけでなくフィルタ・キャパシタ群内の個々のキャパ
シタの劣化に起因するキャパシタンス低下状態をも検７ ６ 知する。

第８図のリップル電圧センサはフィルタ会キャパシタ群
５６の実リップル電圧を測定する。フィルタ・キャパシ
タ群５６の電圧のＡＣ部分または電圧変化部分をリップ
ル電圧と考えることができる。モータ４３がチョッパ４
０によって付勢されると、電流センサ１０ト信号（ｍｏ
ｔｏｒ　ｅｆｆｏｒｔ　ｒｅｑｕｅｓｔ　ｓｉｇｎａｌ
）１０８によッテ決まる最大レベルまで増大する。所望
の最大電流レベルに対応する許容最大リップル電圧があ
り、最大電流及びこの許容最大リップル電圧との関連に
おいて上記式（１）により現時点の許容リップル電圧が
決まる。

モータ電流が増大すると、第７図に示す制御プログラム
が現時点の実測リップル電圧が現時点における許容リッ
プル電圧よりも大きいかどうかを確かめる。もし許容リ
ップル電８ 圧より大きくなければ、モータ電流はモータ・エフオー
ト・リクエストまたはＰ信号１０８の要求するままに増
大してもよい。この場合、もしキャパシタ列ヒユーズの
一部７６または７８が開路状態にあるか、または個々の
キャパシタが劣化してフィルタ・キャパシタ群５６の実
効キャパシタンスを低下させているなら、第７図の制御
プログラムがこの低下キャパシタンスを検知し、実リッ
プル電圧が現時点における許容リップル電圧より大きく
ならないようにするため、必要に応じて、リクエストさ
れたモータ電流を許すかまたは実モータ電流を低下させ
る。

第８図には第６図のリップル電圧センサ１０２を示した
。フィルターキャパシタ５６と、フィルタ・キャパシタ
５６にかかる０〜１００Ｖリツプル電圧に対応して０〜
１０Ｖの信号を出力する演算増幅器１１９の間に接続さ
れた分圧器１１７により、入力１２０に差リップル電圧
が供給される。前記θ〜１０■の電圧は、フィルタ・キ
ャパシタ群５６の電圧の電圧変化またはＡＣ部分だけが
演算増幅器１２０に供給されるようにキャパシタ１２２
及び抵抗器１２４により演算増幅器１２１に供給される
。前記演算増幅器１２１としてはモトローラ・セミコン
ダクタ・プロダクツ拳インコーポレーションから市販さ
れているＭＣ３３０３増幅器を採用することができる。

アース１２６は第６図に示す主電源アース１２６であり
、フィルタ・キャパシタ５６の上方端子１２８における
ＢＬＣ正電圧がフィルタ・キャパシタ５６の下方端子１
３０におけるＢＬＣ負電圧と対応する。抵抗器１３２．
１３４及び１３Ｂが実リップル電圧を基準化し、もし入
力１２０における測定リップル電圧値が０〜ｔｏｏｖな
ら、出力１４０における電圧が０−１０Ｖとなる。ツェ
ナー・ダイオード１４２は演算増幅器１２１からの出力
電圧をＩＩＶにクランプし、ダイオード１４２の電圧降
下は約０．６ｖである≠から９ 出力１４０における電圧は約１０Ｖ以上にならない。入
力１２０におけるリップル電圧が１００Ｖ以上になると
モータ制御系の動作に支障を生ずるから、モータ制御系
を停止せざるを得なくなる。

リップル電圧センサ１０２を実際に構成し、動作させた
が、この実施例の各構成要素の値は以下の通りである。

Ｃｌ２２　０．１ｐ−Ｆ Ｒ１２２４，２２Ｋ Ｒ１２４１９６に 増幅器１２１　ＭＣ３３０３ Ｒ１３２１９６Ｋ Ｄ　Ｉ　４２　１１Ｖツ、−）−− Ｄ１４５　ｌＮ４１４８ ＣＩ３５　３．３＃ＬＦ Ｒ１３４１００Ｋ ＲＬ３Ｂ　１００Ｋ Ｒ１３７１００に １ ０ 増幅器１３９　ＭＣ３３０３ Ｒ１４３１ＯＫ ＣＩ４１　０．１ｇＦ 第９図には、モータ・エフオート・リクエスト１０８が
同じであり、このモータ・エフオート・リクエスト１０
８によって与えられる最大電流も同じであると仮定して
、上記式（１）に従い測定リップル電圧との関連におけ
る許容リップル電圧によって決定されるモータ電流制御
動作を示した。測定リップル電圧値１５０が計算上の許
容リップル電圧１５２よりも小さい場合を第９Ａ図に、
測定リップル電圧値１５６が許容リップル電圧１５２よ
りも大きい場合を第９Ｂ図に、測定リップル電圧値１６
０が許容リップル電圧１５２よりも更に大きい場合を第
９Ｃ図にそれぞれ示した。

第１０図にはフィルタ・キャパシタ群５６の感知された
リップル電圧レベルに対応する２ チョッパ４０の動作を示した。第１０Ａ図ではチョッパ
４０の出力波形１５４が第９Ａ図に示したリップル電圧
条件に対応し、第１０Ｂ図ではチョッパ４０からの出力
波形１５８が第９Ｂ図に示したリップル電圧条件に対応
し、第１０ｃ図では、チョッパ４０の出力波形１６２が
第９０ｒｇＪのリップル電圧条件に対応する。感知され
たリップル電圧と許容リップル電圧との差によっては出
力波形がゼロとなり、チョッパ４０はオフとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は軌道車両と協働する公知の軌道回路信号系を略
示し、第２図は給電用の第３レールと協働する公知の軌
道車両を略示し、第３図はフィルタ・キャパシタを含む
公知の推進モータ電流制御チョッパ装置を略示し、第４
図は典型的な公知フィルタ・キャパシタにおける複数の
キャパシタを示し、第５図は開路状態にあるヒユーズ個
数に応答して作用する公知のリップル電圧制御装置を示
し、第３ ６図は本発明のプログラムされたマイクロプロセッサを
含む推進モータ・リップル電圧制御装置を示し、第７図
は第６図のマイクロプロセッサと協働する制御プログラ
ムを示し、第８図は第６図のリップル電圧センサを示し
、第９図は感知されたリップル電圧と計算された許容リ
ップル電圧との比較を示し、第１Ｏ図は感知されたリッ
プル電圧レベルに応じたチョッパの動作を示す。 １０．１２・・・・軌道レール １４・・・・車両 １６・・・・送信機 ２２・・・・受信機 １日、２０・φ・・アンテナ ３２・・・・第３のレール ４０・・・・チョッパ ４３・・・・モータ ４２．４４・・・・推進モータ ４８・・・・サイリスタ点弧制御回路 ４ ５Ｂ・・・・フィルタ・キャパシタ・バンク７６．７８
・・・・ヒユーズ １００・・・・電圧センサ １０２・・・・リップル電圧センサ １０４・・・・マイクロプロセッサ １０Ｂ・・・・電流センサ ５ 吟関− 鮪関一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、モータ・エフオート・リクエスト信号に応じてモー
   タ電流を制御するチ言ツバに直列乞 のモータ揚付勢するため、フィルタ拳キャパシタを挟ん
   で接続された電源回路と協働するモータのためのモータ
   制御装置において。 フィルタ・キャパシタにかかる電圧を測定する第１の手
   段と、モータ電流を測定する手段と、前記第１の電圧測
   定手段に接続されたに フィルタ・キャパシ列かかる電圧変化を測定する手段と
   、前記モータ電流との関連においてフィルタ・キャパシ
   タにかかる許容電圧変化をめる手段と、許容電圧変化に
   応答してチョッパ動作を制御する手段とから成ることを
   特徴とするモータ制御装置。 ２、前記許容電圧変化をめる手段は、そ−タに対して予
   め定められた最大電流に従って動作することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のモータ制御装置。 ３、チョッパによって与えられる最大モータ電流はモー
   タの既知動作特性との関連で予め定められており、前記
   許容電圧変化をめる手段は係式 に従って動作することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載のモータ制御装置。 ４、前記許容電圧変化をめる手段は、現時モータ電流と
   、前記モータの最大電流に対応する許容最大電圧変化と
   の関数としてフィルタ・キャパシタの現時許容電圧変化
   を算定することを特徴とする特許請求範囲第１、第２ま
   たは第３項に記載のモータ制御装置。